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以主动质量阻尼控制(AMD)为代表的主动控制由于控制效果较好,已成为结构振动控制领域的研究热点,并且已经取得了许多研究成果。在实际工程应用中,结构控制中存在大量的不确定因素。一方面建模时没有被考虑在内的非结构构件对于计算模型来说是一种不确定性,另一方面,建立好的模型在实际情况中遇到地震等作用力时,强度和刚度可能发生退化,也需要不断在线修正。
传统的控制方法包括基于传递函数模式的经典控制理论和基于状态方程模式的现代控制理论,这些方法都是基于模型的控制,对模型的精确性和非时变性要求较高,其自适应能力不强;普通模糊控制虽然基于规则推理,不需要精确的数学模型.但由于普通模糊控制器一旦设计好,模糊推理规则和隶属函数的参数和形状就固定不变,造成了控制器自适应性不强、缺乏在线学习和调节的能力。
鉴于以上情况,如何设计并实现一种不依赖于结构模型且具有较强自适应性的控制算法在整个结构振动控制中尤为关键。本文即着眼于此,主要工作如下:
(1)从模糊控制规则获取的角度出发,由于以往模糊控制规则大多依靠专家经验总结,缺乏一个统一的标准和方法,当控制对象复杂时,输入输出关系不易人工推理出来。针对这种情况,本文提出了基于FCM聚类算法的结构模糊控制规则提取方法,并通过仿真验证了所提规则的有效性。
(2)针对普通模糊控制方法中控制规则无法在线修正,自适应能力不强的缺点,从插值思想的角度出发,把模糊控制器等效为一个插值器,提出了结构振动的变论域模糊控制方法。经仿真验证,该方法不仅提高了模糊控制的自适应能力,而且简化了模糊推理计算的过程,更有利于计算机实现。
(3)滑模变结构控制具有普遍适用性、抗干扰的鲁棒性、控制形式的简单实用性等特点,适用于建筑结构等存在非线性部分的对象。把滑模控制和变论域模糊系统结合起来,形成了结构振动的变论域自适应模糊滑模控制,并通过仿真验证了该算法的有效性和较好的自适应性。
(4)从结构振动控制试验的角度出发,设计了结构振动控制试验所需的控制器,包括完整的嵌入式硬件平台、驱动程序和简易应用程序,并在实验室环境下对控制器平台的软硬件功能进行了验证,为基于钢架结构模型的试验奠定了基础。